WO2021136236A1 - 光学系统和车辆 - Google Patents

Abstract

一种光学系统和车辆。光学系统用于车辆，并且具有光源(2)和光导组件，光导组件包括第一光导构件(10)和第二光导构件(20)，第一光导构件(10)具有面向光源(2)的第一入光部(11)和背离光源(2)的第一出光部(12)，第二光导构件(20)具有面向第一光导构件(10)的第二入光部(21)，其中，第二入光部(21)具有齿部，每个齿部将来自光源(2)并经第一光导构件(10)引导的光汇聚地引导到第二光导构件(20)中。

Description

光学系统和车辆 技术领域

本发明涉及一种光学系统，其用于车辆，尤其机动车辆。本发明还涉及车辆，其具有上述光学系统。

背景技术

光导件越来越多地用于车辆，特别是用于车辆的车灯，以对来自光源的光进行引导并且使光在期望的位置向外出射。在此，光导件除了有助于满足各种预定的照明和/或信号指示功能之外，还能够使出光区域呈现出各种造型，以与整车的造型相匹配。

在需点亮的区域具有一定的宽度且很长的长度时，为了实现均匀的点亮效果，通常为光导件配有多个光源。然而，在一些情况下，例如由于结构空间和成本限制，在为宽且长的光导件分配数量很低的光源时，难以保证出光效果。

发明内容

本发明的目的在于提出一种光学系统，其能够至少部分地解决上述提到的问题。

根据本发明提出了一种光学系统，其用于车辆，并且具有光源和光导组件，该光导组件包括第一光导构件和第二光导构件，第一光导构件具有面向光源的第一入光部和背离光源的第一出光部，第二光导构件具有面向第一光导构件的第二入光部，其中，第二入光部具有齿部，每个齿部将来自光源并经第一光导构件引导的光汇聚地引导到第二光导构件中。

通过本发明的这种光学系统，相比于常规的光导件的入光部不做任何处理的情况，例如入光部为平面，光经设置的齿部汇聚地引导到 相应的光导构件中，由此能够在光导构件的宽度上实现更好的混光，并且在光导构件的长度上实现更均匀的点亮效果。

根据本发明的实施方式，第一入光部使光在第一方向上汇聚，第一出光部使光在第二方向上发散。在此，第一方向和第二方向与光源的光轴方向垂直。在光源例如为点光源或可看作点光源的情况下，光源发出的光为锥形光束，通过第一光导构件在两个方向上对光进行调配，这有利于尽可能多的光尽可能均匀地到达第二光导构件。

根据本发明的实施方式，第一入光部具有齿状横截面，每个齿都能使光偏折，从而改变光的传播方向。优选地，第一入光部呈旋转对称结构。

根据本发明的实施方式，第一出光部为半柱状面。例如，第一出光部具有由多个弧形区段构成的横截面，例如半“8”字形的横截面。这有利于光的均匀扩散。第一出光部的其他的形状也是可行的。

根据本发明的实施方式，第二光导构件由至少一个光导单元、优选地杆状光导单元构成，在面向第一光导构件的一侧，光导单元彼此并排布置，并且光导单元的端部组合地形成第二入光部。在此，光导单元可彼此邻接地布置，或者通过桥接部相互连接在一起。示例性地，杆状光导单元和常用的光导杆一样可具有圆形的横截面，并且设有光解耦结构，以破坏光在光导单元的全反射条件，使得光可从与光解耦结构相对而置的面出射。光解耦结构还被称为光学齿，其在光导单元的纵向方向上延伸。

根据本发明的实施方式，齿部设置在每个光导单元的端侧，即，面向第一光导构件的端侧。光导单元的直径通常在8-12mm之间。示例性地，每个光导单元的端侧设有2至5个齿部，优选地设置三个齿部。当然，光导单元彼此还可具有任何适宜数量的不同的齿部。

根据本发明的实施方式，第二光导构件的光导单元的齿部中的中间的齿部呈凸面、例如柱状凸面的面片的形式，两侧的齿部具有光耦入面和光反射面。这是考虑到光以不同的角度到达第二光导构件，因为在光束的截面中，参考光轴，越靠近两侧的光线与光轴的夹角越大。 通过设置光耦入面，有利于光的引导。光反射面可为凸形曲面，其能对光进行汇聚。通过这种布置方式，有利于在第二光导构件的端部对光进行调配。

根据本发明的实施方式，第二光导构件具有混光部段和出光部段，进入第二光导构件中的光在混光部段中汇聚。光在汇聚后再次发散，由此实现好的混光效果。特别是，通过该方案，能够缩短混光部段的长度，从而提高光导构件的有效率用率。

根据本发明的实施方式，光导单元在出光部段能彼此分开。这能够实现更丰富的造型。例如，光导单元可在出光部段分支成两部分，它们具有不同的伸延方向。或者光导单元在出光部段间隔开，这能够点亮更宽的宽度。

本发明的目的还在于提出一种车辆，该车辆具有上述光学系统。

附图说明

下面借助附图进一步阐述本发明。其中，

图1部分地示出了根据本发明的光学系统的示意性的图示，

图2示出了图1的光学系统的俯视图；

图3示出了图1的光学系统的截面A-A的图示。

具体实施方式

在下文中示例性地说明了本发明的实施方式。如本领域的技术人员应该意识到的那样，在不背离本发明的构思的情况下，所说明的实施方式可以各种不同的方式进行修改。因此，附图和说明书本质上为示例性而非限制性的。在下文中，相同的附图标记通常表示功能相同或相似的元件。

在图1中示出了根据本发明的光学系统1的部分区段，具体而言，示出了光学系统1的入光部位的区段。光学系统1具有光源2和光导组件，该光导组件包括第一光导构件10和第二光导构件20。“光导构件”可理解成对光进行引导的构件，即，光可以在该构件中传播， 必要时，光导构件还可改变光的传播方向，特别在光导构件的入光部和/或出光部处。为此，光导构件可具有特定的几何结构。这还将在下文中进一步来说明。

第一光导构件10具有面向光源2的第一入光部11和背离光源2的第一出光部12，第二光导构件20具有面向第一光导构件10的第二入光部21。

光学系统1的第二光导构件具有给定的长度、宽度和厚度。为了便于阐述，在附图中引入了笛卡尔坐标系，其中，X方向为第二光导构件的纵向延伸方向，Y方向为宽度方向，Z方向为厚度方向。当然，这仅仅是示例性的。第二光导构件并不一定笔直地延伸，还可具有弯曲的走向。

光源2优选地为发光二极管，其可近似看作点光源。因此，光源2发出的光束呈锥形，即，光束以光源为中心，具有光束角，其例如为120°。由于光束角的限制，如果需要一颗光源点亮很宽的光导构件，光源距光导构件的端面的距离相对很大，否则特别在光导构件的起始端导致到达相关的光导构件的两侧的光的强度低于在中心部分的光强，从而在光导构件的至少部分长度上出现不均匀的点亮效果。

第一光导构件10的第一入光部11面向光源2。第一入光部11具有齿状的横截面。示例性地，如从特别从图1中可见的那样，由齿状横截面围绕一未示出的旋转轴线旋转例如180度形成第一入光部。因此，第一入光部11为旋转结构，其具有多个半环形的齿。光源可处在该旋转轴线处。第一入光部11具有中心的第一凸起13和位于该第一凸起13的两侧的第二凸起14，第二凸起的数量可根据需要来设定，只要光源发出的光能够全部被第一入光部接收即可。在此，第一入光部在第一方向上、即Z方向上对光具有很强的偏折作用，具体而言，使光朝与Z方向垂直并且光轴所在的平面偏折，而在其他方向上的偏折作用相对较弱。在图3中示出了通过光学系统的中心部分的截面A-A的光路图，其中，来自光源2的光中的处于光束角中心的部分到达第一凸起13，其直接对光进行收束、即使发散的光束朝 光轴的方向偏折；而处于光束角的相对靠外的部分到达两侧的第二凸起14，进入第二凸起中的光被靠外的光反射面朝光轴反射。

第一光导构件10的第一出光部12为半柱状面。“半柱状”可理解成整个柱状面被通过中心线的平面分成的两个半部中的一个半部，例如，如果柱状面具有360°的圆形周向延伸，则半柱状面具有180°的延伸。第一出光部12在第二方向上、即Y方向上对光具有很强的偏折作用，具体而言，使光朝远离光轴的方向发散，而在其他的方向上的偏折作用相对较弱。这可特别好地从图2的光路中中看出。应说明的是，在图2中仅仅示出了光源发出的光束中的一部分，从第一出光部12的其他部分离开的光可如示出的光束那样参考光轴朝两侧偏折。由此能够在其他条件不变的情况下实现光覆盖更宽的范围，并且同时实现光在Y方向上分布得更均匀。

第一出光部12的横截面可由一个或多个弧形区段构成。优选地，第一出光部12具有半“8”字形的横截面。

因此，光源发出的光经第一光导构件在Z方向朝部位FZ汇聚地并且在Y方向上扩散地到达第二光导构件。

第二光导构件20在其面向第一光导构件10的第二入光部21设有多个齿部，其将到达的光汇聚地引导到第二光导构件20中。换句话说，对于第二光导构件20，每个齿部对应于一个汇聚部位。

在示出的示例中，第二光导构件20由光导单元30、40、50、60、70构成，在此数量为5个，当然还可设置其他的数量的光导单元。这些光导单元至少在第二入光部21彼此邻接地并排。除了光入射端的结构之外，单个光导单元的结构类似于常规的长形杆状光导杆，即，其例如具有圆形的横截面，并且具有混光区段和出光区段，在出光区段设置有光解耦结构、例如光学齿35、45、55、65、75，以破坏光的全反射条件，使得光可离开出光区段。光导单元的混光区段形成第二光导构件20的混光部段23，对于混光部段23，其横截面可看作由具有交叠区域的多个圆形(在此为5个)形成。

现在详细阐述在第二光导构件20的第二入光部21的齿部。

在示出的示例中，每个光导单元30、40、50、60、70在相应的入光侧31、41、51、61、71分别设有三个齿部32a、32b、32c、42a、42b、42c、52a、52b、52c、62a、62b、62c、72a、72b、72c。各个齿部可彼此不同。居中的光导单元50的齿部52a、52b、52c具有凸面，它们直接分别对到达的光线进行汇聚，如从图2中可见的那样，齿部52a在Y方向上使光会聚在混光部段23中的部位FY1处，其他的齿部也具有自己的光汇聚部位。在居中的光导单元50的两侧，远离光导单元50的光导单元30、70的齿部32a、32b、32c、72a、72b、72c具有光耦入面和光反射面。参考图2的齿部72c说明了到达该齿部的光线的光路，即，到达齿部72c的光线经光耦入面72i进入到光导单元70中，继续传播到光反射面72r，经过光反射面72r反射后汇聚在混光部段23中的部位FY2处。同样，对于光导单元30、70的齿部，每个齿部也具有自己的光汇聚部位。位于居中的光导单元50和外侧的光导单元30、70之间的光导单元40、60可具有凸面齿部42c、62a和由光耦入面和光反射面构成的齿部42a、42b、62b、62c，它们对光的汇聚类似于上文对光导单元50的齿部和光导单元30、70的齿部说明的那样，其中，凸面齿部面向居中的光导单元，由光耦入面和光反射面构成的齿部面向外侧的光导单元。

通过该设计方案，各个齿部分别将光汇聚在混光部段23中，汇聚部位近乎沿着混光部段的整个宽度来分布，光在各汇聚部位汇聚后再次发散地继续传播，由此可实现更均匀的点亮效果。此外，这还可至少部分地降低混光区段的长度D，从而提高光导构件的有效利用长度。

每个光导单元的齿部不限于附图中示出的三个，齿部的数量可根据光导单元本身的尺寸来设置。每个光导单元的齿部的数量例如在2个至5个之间。当然，其他数量也是可行的，只要能够完成上述聚光功能即可。

要说明的是，为了更清楚的显示，在附图中仅仅示出了通过部分齿部的光路；此外，在光从一介质进入具有不同折射率的另一介质时， 会发生偏折，附图中仅仅示意性地示出了光在相关的界面处的主偏折方向，以简化图示。

在未示出的示例中，第二光导构件20可在出光部段24分叉，以将光引向不同的区域。替代地，第二光导构件20可在出光部段24彼此隔开，例如隔开1mm或其他的距离，由此可以点亮更宽的区域。在这种情况下，可利用布置在同一位置的光源点亮不同的出光区域，由此实现经济的方案。

在未示出的示例中，第二光导构件20还可为具有预定宽度的板状，为此为第二光导构件20在底面单独地或集成地设置有光反射件，以将光朝出光面反射，使得光能够离开第二光导构件。在这种情况下，同样可在第二光导构件的入光部21设置上文说明的那样的对光具有汇聚作用的齿部，其沿着Y方向来分布。

特别在图2中示出的光学系统可看作一个单元，其可在Y方向上并排设置，从而得到具有更宽的宽度的系统。

光学系统1的第一光导构件10和第二光导构件20可通过未示出的桥接件彼此连接在一起，因此它们为一体件，这进一步有利于安装。

光源2可为发光二极管，其例如能发出白色、黄色、红色或其他颜色的光。

上述光学系统1可用于车辆、尤其机动车辆的车灯，尤其信号灯，例如尾灯、转向灯、位置灯等等。

本发明不限于上述结构，也可以采用其他的各种变体。虽然已经通过有限数量的实施方式描述了本发明，但是受益于本公开，本领域技术人员可以设计出不脱离在此公开的本发明的保护范围的其他实施方式。因此，本发明的保护范围应仅由所附权利要求限定。

Claims (13)

1. 一种光学系统(1)，该光学系统用于车辆，并且具有光源(2)和光导组件，该光导组件包括第一光导构件(10)和第二光导构件(20)，所述第一光导构件(10)具有面向所述光源(2)的第一入光部(11)和背离所述光源(2)的第一出光部(12)，所述第二光导构件(20)具有面向所述第一光导构件(10)的第二入光部(21)，

   其特征在于，所述第二入光部(21)具有齿部，每个齿部将来自光源并经所述第一光导构件(10)引导的光汇聚地引导到所述第二光导构件(20)中。
2. 根据权利要求1所述的光学系统(1)，其特征在于，所述第一入光部(11)使光在第一方向(Z)上汇聚，所述第一出光部(12)使光在第二方向(Y)上发散。
3. 根据权利要求2所述的光学系统(1)，其特征在于，所述第一入光部(11)具有齿状横截面。
4. 根据权利要求3所述的光学系统(1)，其特征在于，所述第一入光部(11)为旋转结构。
5. 根据权利要求3所述的光学系统(1)，其特征在于，所述第一出光部(12)为半柱状面。
6. 根据权利要求5所述的光学系统(1)，其特征在于，所述第一出光部(12)具有由一个或多个弧形区段构成的横截面。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的光学系统(1)，其特征在于，所述第二光导构件(20)由至少一个光导单元(30，40，50，60，70)构成，在面向所述第一光导构件的一侧，所述光导单元彼此并排布置，并且所述光导单元的端部组合地形成所述第二入光部(21)。
8. 根据权利要求7所述的光学系统(1)，其特征在于，所述齿部设置在每个光导单元的端侧。
9. 根据权利要求8所述的光学系统(1)，其特征在于，所述第 二光导构件(20)的光导单元(30，40，50，60，70)的齿部中的中间的齿部呈凸面的面片的形式，两侧的齿部具有光耦入面和光反射面。
10. 根据权利要求7所述的光学系统(1)，其特征在于，所述第二光导构件(20)具有混光部段(23)和出光部段(24)，进入所述第二光导构件(20)中的光在所述混光部段(23)中汇聚。
11. 根据权利要求10所述的光学系统(1)，其特征在于，所述光导单元(30，40，50，60，70)在所述出光部段(24)能彼此分开。
12. 根据权利要求8所述的光学系统(1)，其特征在于，每个光导单元的端部设有2至5个齿部。
13. 一种车辆，其特征在于，所述车辆具有根据权利要求1至12中任一项所述的光学系统(1)。

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